正如任何《星際迷航》粉絲所瞭解的, 反物質被認為是物質的確切對立物, 以至於如果兩者發生碰觸, 將在放出一瞬間的純能量光後相互抵消。
“我們已經為此等待了30年。 ”致力於氫原子精確測量的德國馬普學會量子光學研究所實驗物理學家Thomas Udem表示, “我認為這是一項令人難以置信的成就。 ”並未參與最新研究的日本理化學研究所實驗人員Stefan Ulmer認為, 測量結果“堪稱藝術品”。
任何反氫原子都含有一個同反質子“綁定”的反電子。 自2002年起, 一些小組便在位於瑞士日內瓦附近的歐洲粒子物理學實驗室CERN研究反氫原子。
如果沒有, 研究結果將破壞物理學家的基本粒子和力標準模型。 該理論擁有一種要求粒子和反粒子是鏡像對立的數學對稱性。 毀掉這一對稱性將推翻愛因斯坦狹義相對論的核心前提, 尤其是無法辨別人類同宇宙相比是靜止還是移動的概念。 因此, 物質和反物質之間的任何差別都需要對所有現代物理學進行再思考。
關於物質—反物質對稱性的一項關鍵測試是比較被氫原子和反氫原子吸收的光的頻率。
如今, 丹麥奧爾胡斯大學實驗物理學家Jeffrey Hangst和CERN 的ALPHA合作組48名同事精確測量了被稱為1S的反氫原子最低能量狀態和被稱為2S的較高能量狀態之間的能量差異。 迄今為止, 這是普通氫原子中能量轉換的最精切測量。
如果實驗人員處理的是普通氫原子, 他們可以利用鐳射使原子進入2S狀態, 然後用電場“咯吱”它們, 使其發出螢光。 調整鐳射頻率使螢光最大化,
不過, 該方法並不適用於反氫原子, 因為ALPHA研究人員通常在每次試驗時捕獲約40個原子——少到無法產生可被探測的螢光。 因此, 他們依靠的是另一種方案。 根據量子怪異理論, 要實現1S-2S的跳躍, 反氫原子(或者氫原子)不得不吸收兩個帶有1S-2S轉換所需一半能量的光子。 當被激發時, 一個原子可吸收第三個光子, 並將其質子完全剝離。 隨後, 反質子從“陷阱”中漂出, 並且進入周圍的粒子探測器陣列。 在那裡, 反質子被湮沒並且產生亞原子爆炸。 通過計算逃逸的反質子, 研究人員估測了他們激發的原子數量。
去年, ALPHA研究人員報告了反氫原子中1S-2S轉換的首次觀測結果。
美國印第安那大學理論學家Alan Kostelecky表示, 該試驗似乎將相對論可能的違逆限制收緊了10~100倍。 “這無疑是驚人的結果。 ”不過, Kostelecky介紹說, 在標準模型範圍內, 相對論的違逆可通過很多方式自己顯示出來, 並且有些已經被其他類型的試驗嚴格限制。
Hangst表示, ALPHA團隊可更進一步, 使1S-2S轉換的測量結果達到目前在氫原子中實現的精確度。 “這不會在明年到來, 但也不會在10年後才到來。 ”Hangst認為。 至於反氫原子是否將真的和氫原子不同, 大多數物理學家可能將其視為不太成功的嘗試。不過,這仍值得一試。Ulmer說:“唯一的方法是尋找我們此前從未見過的新的物理學現象。”在最簡單的一項比較中,Hangst和同事希望觀察到反氫原子是否在地球引力下向上“墜落”。Hangst表示,該測試可能將在今年進行。(徐徐編譯)
大多數物理學家可能將其視為不太成功的嘗試。不過,這仍值得一試。Ulmer說:“唯一的方法是尋找我們此前從未見過的新的物理學現象。”在最簡單的一項比較中,Hangst和同事希望觀察到反氫原子是否在地球引力下向上“墜落”。Hangst表示,該測試可能將在今年進行。(徐徐編譯)